Вскоре после захвата неприятельского флагманского корабля на нем возник пожар, который затем перебросился на “Евстафий”; когда огонь достиг крюйткамеры, оба корабля взорвались. Адмирал Спиридов перед взрывом успел покинуть горящий корабль и перейти на другой. Гибель турецкого флагмана окончательно нарушило управление неприятельским флотом. В 13 часов турки, не выдержав атаки русских и боясь распространения пожара на другие корабли, поспешно начали рубить якорные канаты и отходить в Чесменскую бухту под защиту береговых батарей, где были заблокированы русской эскадрой. Таким образом, в результате первого этапа сражения, продолжавшегося около двух часов, погибло по одному кораблю с каждой стороны; инициатива целиком перешла к русским.
На военном совете 25 июня у графа Орлова был принят план Спиридова, заключавшийся в уничтожении турецких кораблей в собственной базе. Учитывая скученность кораблей противника, исключавшую для них возможность маневра, адмирал Спиридов предложил уничтожить турецкий флот комбинированным ударом корабельной артиллерии и брандеров, причем главный удар должна была нанести артиллерия. Для атаки противника 25 июня были оборудованы 4 брандера и создан специальный отряд под командованием младшего флагмана С.К. Грейга в составе 4 линейных кораблей, 2 фрегатов и бомбардирского корабля “Гром”. Замысел атаки, разработанный Спиридовым, сводился к следующему. Корабли, выделенные для атаки, пользуясь темнотой, должны были в ночь на 26 июня скрытно подойти к противнику на дистанцию около 500 м и, став на якорь, открыть внезапный огонь: линейные корабли и бомбардирский корабль “Гром” — по кораблям, фрегаты — по береговым батареям противника.
В полночь, когда все приготовления к бою были закончены, по сигналу флагмана корабли, назначенные для атаки, снялись с якоря и направились в указанные для них места. Подойдя на дистанцию примерно в 370 м. (2 кабельтовых), русские корабли заняли места по установленной для них диспозиции и открыли огонь по турецким кораблям и береговым батареям. “Гром” и некоторые линейные корабли вели огонь главным образом брандскугелями. За линейными кораблями и фрегатами в ожидании атаки были развернуты 4 брандера.